原文標題：《Understanding The Merge, Surge, Verge, Purge, And Splurge》
原文作者：Alec Chen，Volt Capital
原文編譯：Kxp，BlockBeats
引言
「合并」（The Merge），即 Ethereum 向權益證明網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換，計劃將在今年 9 月底前在主網(wǎng)完成。本次升級旨在系統(tǒng)性提升區(qū)塊鏈的可訪問性，并將 Ethereum 從 Bitcoin 式的工作證明共識機制過渡到權益證明系統(tǒng)。Ethereum 從執(zhí)行分片轉(zhuǎn)向以 Rollup 為中心的路線圖是為迎接下一個 10 億用戶而擴展區(qū)塊鏈的關鍵一步。正如我們之前的文章《模塊化區(qū)塊鏈之探索》中所指出的那樣，模塊化架構(gòu)中的數(shù)據(jù)可用性和分片可以讓區(qū)塊鏈在不犧牲去中心化的情況下擴展吞吐量。同時，文章就數(shù)據(jù)可用性、Rollup 和故障/有效性證明進行了深入探討，為進一步了解合并的背景與目標打下了基礎。本文將對合并的技術細節(jié)、Ethereum 的新路線圖，以及這一變化對用戶和開發(fā)者的意義進行深入分析。
來源： @ptrwtts
以 Rollup 為中心的路線圖
最初，Ethereum2.0 的計劃（現(xiàn)在已經(jīng)放棄該術語）是想通過將主網(wǎng)劃分為 64 個分片，每個分片都有獨立的礦工/驗證者來實現(xiàn)可擴展性。然后，用戶將根據(jù)擁堵情況、利用率和吞吐量，將交易發(fā)送到特定的分片。由于 Rollup 的不斷發(fā)展，加上執(zhí)行分片的復雜性，原來以執(zhí)行分片為中心的可擴展性路線圖就不再適用了，于是人們便開始采用數(shù)據(jù)分片。在 Ethereum 團隊看來，Rollup 將成為 Ethereum 擴展的關鍵要素，他們計劃讓升級后的 Ethereum 成為一個強大的結(jié)算和數(shù)據(jù)可用性層，并讓 Rollup 從中獲得安全性。
來源： ETH2 Book
信標鏈 (The Beacon Chain)
與普遍觀點不同的是，合并的目的其實不是為了降低交易成本，而是要將 Ethereum 轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€用于 Rollup 的基礎設施層，而建設信標鏈則是實現(xiàn)這一目標的首個關鍵步驟。Ethereum 將從之前的「工作證明」系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)椤笝嘁孀C明」系統(tǒng)，而在這個系統(tǒng)中，質(zhì)押者要想生產(chǎn)區(qū)塊必須提供抵押品，以此來杜絕任何不誠實的行為。在共識系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到權益證明上之后，驗證委員會將作為原語被引入，從而加強了網(wǎng)絡共識，為形成高效的協(xié)議內(nèi)數(shù)據(jù)可用性層做了鋪墊。信標鏈負責協(xié)調(diào)質(zhì)押者，并不像今天的 Ethereum 那樣處理或執(zhí)行交易。更具體地說，合并其實是將 Ethereum 的舊執(zhí)行層與信標鏈提供的新共識引擎合并，將利用工作證明體系下礦工的現(xiàn)有算法轉(zhuǎn)換成股權證明體系下驗證者的協(xié)調(diào)網(wǎng)絡。同時，這一轉(zhuǎn)變也為分片奠定了基礎：以前，在工作證明體系下，礦工的工作并無記錄，所以她們可以任意停止工作并離開網(wǎng)絡；而在權益證明體系下，信標鏈會將所有受批準的區(qū)塊生產(chǎn)者都登記在冊，并且可以協(xié)調(diào)、并行化驗證者的投票。
來源： ETH2 Book
驗證者委員會的形成是信標鏈的一項重要創(chuàng)新，它們由信標鏈隨機分配，負責對區(qū)塊進行投票并形成共識。委員會的綜合投票被稱為見證消息，方便人們通過檢查委員會的投票來輕松驗證信標鏈的狀態(tài)，與由單一驗證者進行的驗證相比，這種做法最大限度地減少了區(qū)塊大小和數(shù)據(jù)增長。同時，見證消息也加強了共識，因為在這種模式下，創(chuàng)建分叉將需要大量驗證者的參與。此外，驗證者將被定期更換，以防部分心懷不軌的驗證者串通起來發(fā)動攻擊。
來源： Flashbots
共識與 MEV (The Splurge)
合并后，Ethereum 將對共識層進行提議者-構(gòu)建者分離。Vitalik 認為，所有區(qū)塊鏈最終都應該能進行中心化的區(qū)塊生產(chǎn)和去中心化的區(qū)塊驗證。由于分片后的 Ethereum 區(qū)塊數(shù)據(jù)非常密集，出于對數(shù)據(jù)可用性的高要求，區(qū)塊生產(chǎn)就必須是中心化的。同時，我們也必須設置去中心化的驗證者集，用于驗證區(qū)塊并執(zhí)行數(shù)據(jù)可用性抽樣。
構(gòu)建者角色用用戶交易構(gòu)建 Ethereum 執(zhí)行有效載荷區(qū)塊，并將其與競標一起提交給提議者（驗證者集的隨機選擇子集）接受。一旦提議者接受了有效載荷，他們就會在區(qū)塊上簽字，并通過網(wǎng)絡傳播它。由于發(fā)送給提議者的有效載荷被剝離了交易內(nèi)容，這種結(jié)構(gòu)消除了驗證者在前面追趕的可能性。在一個有效的市場中，區(qū)塊空間市場的引入也激勵建設者參與 MEV 競價，從而讓去中心化的驗證者獲得大部分的 MEV 獎勵。與模擬 Ethereum 相比，這種設置可以有效防止礦工破壞共識的穩(wěn)定性，并減少有害 MEV 的產(chǎn)生。
Source
Danksharding (The Surge)
雖然提議者與構(gòu)建者分離的設計最初是為了抵消 MEV 的有害外部性和中心化力量，但 Ethereum 核心團隊意識到它也可以服務于數(shù)據(jù)分片。
Danksharding 以核心貢獻者 Dankrad Feist 的名字命名，其主要創(chuàng)新是一個合并的收費市場，取代了原來數(shù)量固定、具有不同區(qū)塊和提議者的分片，特定時間內(nèi)的所有交易和數(shù)據(jù)將由提議者挑選。該提議者背后其實是一個隨機生成的驗證者委員會，負責對區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的可用性進行抽樣。這樣一來，輕客戶端的數(shù)據(jù)可用性就可以用去中心化的方式加以維護，而受制于合并后區(qū)塊內(nèi)的大量數(shù)據(jù)，這在單點驗證中根本無法實現(xiàn)。由于共識節(jié)點也在執(zhí)行數(shù)據(jù)可用性抽樣，因此該模型能夠?qū)⒔Y(jié)算層、共識層和數(shù)據(jù)可用性層統(tǒng)一起來。
統(tǒng)一結(jié)算和數(shù)據(jù)可用層為利用有效性證明的 Rollup 打開了新的大門：ZK Rollup 現(xiàn)在能夠與 Ethereum 上的執(zhí)行層進行同步調(diào)用。這增強了新的 L2 原語，如分布式流動性和分形擴展，為在 ZK Rollup 上構(gòu)建下一代創(chuàng)新型 DApp 奠定了基礎。
Proto-danksharding
雖然 danksharding 有利于 Ethereum 以后的發(fā)展，但它在合并后并不會立刻發(fā)揮其全部作用。Proto-danksharding（EIP-4844）是 danksharding 的原始版本，計劃將在 danksharding 全面實施之前發(fā)布。該提案創(chuàng)建了一個叫做攜帶 Blob 交易（Blob-carrying transaction）的原語。顧名思義，這類交易是指攜帶叫做 Blob 的數(shù)據(jù)有效載荷的交易。Blob 將作為分片后 Ethereum 的數(shù)據(jù)標準：它們與 KZG 多項式承諾（KZG polynomial commitments）捆綁在一起，并且由于與 EVM 執(zhí)行解耦，Blob 也是一種比調(diào)用數(shù)據(jù)（calldata）更高效的格式。目前來看，Rollup 依舊在使用調(diào)用數(shù)據(jù)將交易數(shù)據(jù)調(diào)回至 Ethereum，產(chǎn)生著高昂的 Gas 成本。在分片化的未來，Rollup 將使用 Blob 來為用戶節(jié)省與 EVM 執(zhí)行相關的 Gas 費用。與此同時，proto-danksharding 的目標就是為開發(fā)者提供這種前沿的數(shù)據(jù)格式，同時通過為他們即將被分片的數(shù)據(jù)引入單獨的格式和收費市場，從而臨時性地降低其 Rollup 的數(shù)據(jù)成本。盡管 proto-danksharding 本身并沒有真正實現(xiàn)分片，但卻為分片后的數(shù)據(jù)格式提供了標準，而這也是構(gòu)建高效的原生數(shù)據(jù)可用性層的第一步。
歷史與狀態(tài) (The Verge & The Purge)
同時，我們也需要考慮 Ethereum 的狀態(tài)及其存儲。由于驗證者必須在消費類硬件產(chǎn)品上完成他們的任務，不斷增加的狀態(tài)就可能會影響去中心化。Proto-danksharding Blob 與 EVM 執(zhí)行層相分離，并在大約一個月后被刪除。此外，EIP-4444 可以讓客戶端在大約一年后停止在點對點層提供歷史數(shù)據(jù)。無論如何，我們必須在協(xié)議層執(zhí)行某種類型的強制性歷史失效（mandatory history expiry），因為分片后每年會增加約 40TB 的歷史 Blob 數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈狀態(tài)需要存儲在 RAM 或 SSD 上，然而，歷史存儲，也就是 Ethereum 已經(jīng)達成共識的數(shù)據(jù)，可以存儲在廉價的 HDD 上。由于歷史存儲在誠實的少數(shù)（1-of-N）信任模型上運行，我們完全不需要在執(zhí)行實時共識的節(jié)點上存儲歷史數(shù)據(jù)。Danksharding 規(guī)范可以確保驗證者存儲并保證他們幾個月內(nèi)達成共識的數(shù)據(jù)可用性。之后，這些經(jīng)過刪減的歷史數(shù)據(jù)將由第三方存儲起來，如特定應用協(xié)議、BitTorrent、Portal 網(wǎng)絡、區(qū)塊探索者、個人愛好者或索引協(xié)議。
來源： Consensys
在路線圖上，無狀態(tài) Ethereum 是另一個目標。區(qū)塊生產(chǎn)者將使用見證信息 witness，這是由執(zhí)行區(qū)塊中交易所需的相關數(shù)據(jù)組成的證明。然后，客戶端可以利用這個證明來驗證執(zhí)行區(qū)塊所產(chǎn)生的狀態(tài)根，它們只需要執(zhí)行受影響狀態(tài)的一部分，而不是全部狀態(tài)。在這一設計中，該證明的規(guī)模和可用性是兩大核心問題：第一個問題可以通過將 Ethereum 的狀態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從protocol-level specification）來解決。根據(jù) Vitalik 的說法，在擴展 Ethereum 的過程當中，我們需要在保留去中心化驗證的同時，仰仗于擁有專業(yè)硬件的中心化區(qū)塊生產(chǎn)者。
總結(jié)
Danksharding 繼承了 Ethereum 的安全性，也對 Rollup 提出了更高的要求。在將數(shù)據(jù)可用性與共識和結(jié)算層緊密結(jié)合來以后，我們就可以升級底層基礎設施，讓 Rollup 可以利用原生數(shù)據(jù)可用性解決方案，并取消有效性和自愿性的安全假設。這為 Enshrined Rollup 的建設打下了基礎，從而在未來消除治理和智能合約中的風險。與此同時，利用 SNARKs 在協(xié)議內(nèi)進行同步調(diào)用的 Enshrined Rollup 也成為了未來區(qū)塊鏈擴展的一項關鍵設計。協(xié)議內(nèi) Rollup 的優(yōu)勢在于：它將消除智能合約 Rollup 如今每日固定且按區(qū)塊數(shù)量計量的 Gas 成本；并且，由于計算與共識脫鉤，驗證者就不再需要重新執(zhí)行交易以驗證區(qū)塊；另外，狀態(tài)差異可以通過有效性證明得到保證，無狀態(tài)客戶端不再需要下載見證證明。有了這些優(yōu)勢，結(jié)算延遲將得到改善，同步性和驗證者帶寬將提升，而且跨鏈橋的安全性也將更有保證。Ethereum 基金會目前正在努力將這種設計落實到 Ethereum 的路線圖中，計劃將 EVM 升級為與 SNARK 兼容的 Enshrined Rollup。
在之前的文章當中，我們討論了模塊化鏈下架構(gòu)的好處，以及第三方協(xié)議正在開發(fā)的數(shù)據(jù)可用性、結(jié)算和執(zhí)行的解決方案。Ethereum 路線圖的主要目標是最大限度地減少信任假設，并通過原生解決方案提供協(xié)議內(nèi)的可擴展性。Ethereum 的基礎層承載了整個去中心化應用的生態(tài)系統(tǒng)，有望從根本上改變我們對數(shù)字時代的身份、存儲、搜索、聲譽和隱私的思考方式。在我們將 Ethereum 升級為基礎層的同時，也優(yōu)化了這一應用層，從而讓用戶和開發(fā)者可以在一個安全、強大的全球基礎設施中擴展更多用例。對于 Ethereum 來說，它的愿景是為整個世界打造數(shù)字化的未來。同時，它將繼續(xù)堅守可信中立性原則，不斷發(fā)展 Ethereum 的網(wǎng)絡效應、去中心化和安全性，從而鞏固其在未來去中心化網(wǎng)絡中的地位。這樣看來，此次合并便是 Ethereum 為實現(xiàn)這一愿景所邁出的第一步。
